一种全可溶卡瓦齿材料及其制备方法和应用转让专利
申请号 : CN202110683798.4
文献号 : CN113414332B
文献日 : 2022-05-13
发明人 : 杨超 , 陈霖 , 杨敏 , 刘涛
申请人 : 四川捷贝通能源科技有限公司
摘要 :
本发明公开了一种全可溶卡瓦齿材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：S1：准备镁铝合金的挤压毛坯；S2：将所述挤压毛坯在370℃±5℃条件下保温1.5‑2h；S3：在所述挤压毛坯上加入润滑剂后置入锻造室中，进行多面反复锻造；S4：待锻造件变形量达到5‑40％时结束锻造，并将所述锻造件置入真空炉中，在320±5℃条件下保温0.5‑1h；S5：对所述锻造件进行固溶处理后进行人工时效，得到的终锻毛坯即为所述全可溶卡瓦齿材料。本发明的全可溶卡瓦齿材料性能能够达到卡瓦齿要求的性能，且具有全可溶的特性，实际应用时能够不在套管内遗留杂质，不影响后续施工，简化了施工流程。
权利要求 :
1.一种全可溶卡瓦齿材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：准备镁铝合金的挤压毛坯；所述镁铝合金挤压毛坯包括以质量百分比计的如下元素：Mg 80‑90％、Al 5‑15％、Ni 1‑3％、Zn 0.1‑0.3％、Cr 0.5‑1.5％、Be 1‑2％、Cu微量、Li微量、Y 1‑3％、Gd 1‑3％、Zr 0.4‑1％；所述微量的含义为大于0且小于0.1％；
S2：将所述挤压毛坯在370℃±5℃条件下保温1.5‑2h；
S3：在所述挤压毛坯上加入润滑剂后置入锻造室中，进行多面反复锻造；
S4：待锻造件变形量达到5‑40％时结束锻造，并将所述锻造件置入真空炉中，在320±5℃条件下保温0.5‑1h；
S5：对所述锻造件进行固溶处理后进行人工时效，得到的终锻毛坯即为所述全可溶卡瓦齿材料。
2.根据权利要求1所述的全可溶卡瓦齿材料的制备方法，其特征在于，所述润滑剂采用石墨润滑剂。
3.根据权利要求2所述的全可溶卡瓦齿材料的制备方法，其特征在于，所述石墨润滑剂包括以质量百分比计的如下组分：晶化石墨6‑10％、氮化硼0.8‑1.2％、硅酸钠0.1‑0.3％，余量为矿物油。
4.根据权利要求1所述的全可溶卡瓦齿材料的制备方法，其特征在于，进行人工时效时进行完全时效。
5.一种全可溶卡瓦齿材料，其特征在于，采用权利要求1‑4中任意一项所述的全可溶卡瓦齿材料的制备方法制备而成。
6.权利要求5所述的全可溶卡瓦齿材料在井下工具领域中的应用。
7.一种全可溶卡瓦，其特征在于，包括采用权利要求5所述的全可溶卡瓦齿材料制作而成卡瓦本体和卡瓦齿，所述卡瓦本体的外表面设有卡瓦孔，所述卡瓦齿设置在所述卡瓦孔内，所述卡瓦本体设有内圆锥面，所述内圆锥面上设有多个沿内圆锥面径向均匀分布的应力槽。
8.根据权利要求7所述的全可溶卡瓦，其特征在于，所述内圆锥面与所述卡瓦本体的中轴线呈13‑18°。
9.根据权利要求7所述的全可溶卡瓦，其特征在于，所述卡瓦孔与所述卡瓦本体的中轴线呈60‑90°。
说明书 :
一种全可溶卡瓦齿材料及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明涉及石油工业井下工具技术领域，特别涉及一种全可溶卡瓦齿材料及其制备方法和应用。
背景技术
[0002] 在油气开发过程中需要应用种类繁多的井下工具，其中部分工具需要可解封的锚定结构，典型案例包括：分段压裂施工、分层注采等特种作业中所需的封井下工具；油气井
压裂施工作业中，对井筒进行临时封堵的桥塞工具。传统锚定结构中的卡瓦采用硬化表面
齿或镶硬质合金齿、镶陶瓷齿等工艺制备，卡瓦齿能够嵌入套管壁致使工具不能移动，需解
封时再利用特殊设计的结构溶解松动解卡。这种传统的卡瓦不仅会破坏套管壁，造成套管
变形损伤，还可能遗留卡瓦齿的碎块在井内，造成反排物体积增加和质量增加，增加了后续
井内施工的难度，成为了安全隐患，甚至需要下管柱钻磨清理套管。
压裂施工作业中，对井筒进行临时封堵的桥塞工具。传统锚定结构中的卡瓦采用硬化表面
齿或镶硬质合金齿、镶陶瓷齿等工艺制备，卡瓦齿能够嵌入套管壁致使工具不能移动，需解
封时再利用特殊设计的结构溶解松动解卡。这种传统的卡瓦不仅会破坏套管壁，造成套管
变形损伤，还可能遗留卡瓦齿的碎块在井内，造成反排物体积增加和质量增加，增加了后续
井内施工的难度，成为了安全隐患，甚至需要下管柱钻磨清理套管。
发明内容
[0003] 针对上述问题，本发明旨在提供一种全可溶卡瓦齿材料及其制备方法和应用。
[0004] 本发明的技术方案如下：
[0005] 一方面，提供一种全可溶卡瓦齿材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006] S1：准备镁铝合金的挤压毛坯；
[0007] S2：将所述挤压毛坯在370℃±5℃条件下保温1.5‑2h；
[0008] S3：在所述挤压毛坯上加入润滑剂后置入锻造室中，进行多面反复锻造；
[0009] S4：待锻造件变形量达到5‑40％时结束锻造，并将所述锻造件置入真空炉中，在320±5℃条件下保温0.5‑1h；
[0010] S5：对所述锻造件进行固溶处理后进行人工时效，得到的终锻毛坯即为所述全可溶卡瓦齿材料。
[0011] 作为优选，所述镁铝合金挤压毛坯包括以质量百分比计的如下元素：Mg 80‑90％、Al5‑15％、Ni 1‑3％、Zn 0.1‑0.3％、Cr 0.5‑1.5％、Be 1‑2％、Cu微量、Li微量、Y 1‑3％、Gd
1‑3％、Zr 0.4‑1％；所述微量的含义为大于0且小于0.1％。
1‑3％、Zr 0.4‑1％；所述微量的含义为大于0且小于0.1％。
[0012] 作为优选，所述润滑剂采用石墨润滑剂。
[0013] 作为优选，所述石墨润滑剂包括以质量百分比计的如下组分：晶化石墨6‑10％、氮化硼0.8‑1.2％、硅酸钠0.1‑0.3％，余量为矿物油。
[0014] 作为优选，进行人工时效时进行完全时效。
[0015] 另一方面，还提供一种全可溶卡瓦齿材料，采用上述任意一项所述的全可溶卡瓦齿材料的制备方法制备而成。
[0016] 另一方面，还提供一种所述全可溶卡瓦齿材料在井下工具领域中的应用。一种全可溶卡瓦，包括采用所述全可溶卡瓦齿材料制作而成卡瓦本体和卡瓦齿，所述卡瓦本体的
外表面设有卡瓦孔，所述卡瓦齿设置在所述卡瓦孔内，所述卡瓦本体设有内圆锥面，所述内
圆锥面上设有多个沿内圆锥面径向均匀分布的应力槽。
外表面设有卡瓦孔，所述卡瓦齿设置在所述卡瓦孔内，所述卡瓦本体设有内圆锥面，所述内
圆锥面上设有多个沿内圆锥面径向均匀分布的应力槽。
[0017] 作为优选，所述内圆锥面与所述卡瓦本体的中轴线呈13‑18°。
[0018] 作为优选，所述卡瓦孔与所述卡瓦本体的中轴线呈60‑90°。
[0019] 本发明的有益效果是：
[0020] 本发明的全可溶卡瓦齿材料能够达到卡瓦齿要求的力学性能，代替传统锚定结构中的卡瓦采用硬化表面齿或镶硬质合金齿、镶陶瓷齿等，使得桥塞实现全可溶；溶解时间
快，解卡时间总体缩短，反排物几乎为“0”。
快，解卡时间总体缩短，反排物几乎为“0”。
附图说明
[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可
以根据这些附图获得其他的附图。
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可
以根据这些附图获得其他的附图。
[0022] 图1为本发明一个实施例全可溶卡瓦的结构示意图；
[0023] 图2为本发明一个实施例全可溶卡瓦利用锥体锚定时的结构示意图。
[0024] 图中：1‑卡瓦本体、2‑卡瓦齿、3‑内圆锥面、4‑固定凸台、5‑应力槽、6‑卡瓦孔、7‑锥体。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本
申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的
相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或
者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的
相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或
者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0026] 一方面，本发明提供一种全可溶卡瓦齿材料，采用以下步骤制备而成：
[0027] S1：准备镁铝合金的挤压毛坯；所述镁铝合金挤压毛坯包括以质量百分比计的如下元素：Mg 80‑90％、Al 5‑15％、Ni 1‑3％、Zn 0.1‑0.3％、Cr 0.5‑1.5％、Be 1‑2％、Cu微
量、Li微量、Y 1‑3％、Gd 1‑3％、Zr 0.4‑1％；所述微量的含义为大于0且小于0.1％。
量、Li微量、Y 1‑3％、Gd 1‑3％、Zr 0.4‑1％；所述微量的含义为大于0且小于0.1％。
[0028] S2：将所述挤压毛坯在370℃±5℃条件下保温1.5‑2h。
[0029] S3：在所述挤压毛坯上加入润滑剂后置入锻造室中，进行多面反复锻造。
[0030] 在一个具体的实施例中，所述润滑剂采用石墨润滑剂。可选地，所述石墨润滑剂包括以质量百分比计的如下组分：晶化石墨6‑10％、氮化硼0.8‑1.2％、硅酸钠0.1‑0.3％，余
量为矿物油。需要说明的是，除了本实施例的润滑剂外，现有技术中的其他锻造润滑剂也适
用于本发明。
量为矿物油。需要说明的是，除了本实施例的润滑剂外，现有技术中的其他锻造润滑剂也适
用于本发明。
[0031] S4：待锻造件变形量达到5‑40％时结束锻造，并将所述锻造件置入真空炉中，在320±5℃条件下保温0.5‑1h。
[0032] S5：对所述锻造件进行固溶处理后进行人工时效，得到的终锻毛坯即为所述全可溶卡瓦齿材料。在一个具体的实施例中，进行人工时效时进行完全时效。
[0033] 本发明所述全可溶卡瓦齿材料的抗拉强度大于等于550MPa，抗压强度大于等于2 2
550MPa，延伸率大于等于3％，溶解速率1‑3mg/(cm*h)，布氏硬度大于等于120N/mm ；能够满
足卡瓦齿的力学性能要求。在一个具体的实施例中，本发明步骤S1中挤压毛坯的抗压强度
为486MPa，布氏硬度为110；步骤S5得到的成品全可溶卡瓦齿材料的抗压强度为900‑
1300MPa，布氏硬度为120；而陶瓷的抗压强度为800MPa，维氏硬度为88，本发明性能有显著
的提升，且作为卡瓦齿能够可溶，在套管内不留杂质，不影响后续施工，简化了施工流程。
550MPa，延伸率大于等于3％，溶解速率1‑3mg/(cm*h)，布氏硬度大于等于120N/mm ；能够满
足卡瓦齿的力学性能要求。在一个具体的实施例中，本发明步骤S1中挤压毛坯的抗压强度
为486MPa，布氏硬度为110；步骤S5得到的成品全可溶卡瓦齿材料的抗压强度为900‑
1300MPa，布氏硬度为120；而陶瓷的抗压强度为800MPa，维氏硬度为88，本发明性能有显著
的提升，且作为卡瓦齿能够可溶，在套管内不留杂质，不影响后续施工，简化了施工流程。
[0034] 另一方面，本发明还提供一种所述全可溶卡瓦齿材料在井下工具领域中的应用，例如封隔器、桥塞等需要可解封锚定结构要求的工具。
[0035] 在一个具体的实施例中，如图1‑2所示，一种全可溶卡瓦，包括由所述全可溶卡瓦齿材料制作而成卡瓦本体1和卡瓦齿2，所述卡瓦本体1的外表面设有与所述卡瓦本体1的中
轴线呈60‑90°的卡瓦孔6，所述卡瓦齿2设置在所述卡瓦孔6内，所述卡瓦本体1设有与所述
卡瓦本体1的中轴线呈13‑18°的内圆锥面3，所述内圆锥面3上设有多个沿内圆锥面径向均
匀分布的应力槽5。可选地，所述应力槽5的宽度为1‑3mm，所述应力槽5的深度为3‑6mm。可选
地，所述应力槽5设置6‑12个，相邻两个应力槽5之间设有固定凸台4。
轴线呈60‑90°的卡瓦孔6，所述卡瓦齿2设置在所述卡瓦孔6内，所述卡瓦本体1设有与所述
卡瓦本体1的中轴线呈13‑18°的内圆锥面3，所述内圆锥面3上设有多个沿内圆锥面径向均
匀分布的应力槽5。可选地，所述应力槽5的宽度为1‑3mm，所述应力槽5的深度为3‑6mm。可选
地，所述应力槽5设置6‑12个，相邻两个应力槽5之间设有固定凸台4。
[0036] 本实施例锚定的原理为：分段压裂坐封工具施加一定的压力推动锥体7，随着压力不断增大，锥体7向下移动撑开卡瓦本体1，使卡瓦本体1和卡瓦齿2紧贴套管内壁，实现锚
定。
定。
[0037] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人
员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰
为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质
对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰
为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质
对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。